
TI嵌入式产品主要划分三个类别:MSP430、C2000和Processor,其中,与数字电源、电机驱动、太阳能逆变等关联最大的是C2000,也正是我感兴趣的地方。接下来我对TI的产品进行一个叙述,以及介绍TI提供的相关资源。
一、TI产品概览
在TI产品分类上主要有无线连接、MCU和Processor,C2000系列产品则属于MCU,与一般的MCU不同,其内核通常为DSP,同时带有与CPU类似功能的协处理器CLA。在C2000产品概述中,可知C2000的产品又分为高档的Defino和中低档的piccolo两种,其覆盖面广,在工业控制、数字电源、逆变发电、交通运输等应用广泛。其中,可以观察TI的发展趋势,工业、汽车电子是TI未来重点投入方向,其工业主要指:楼宇自动化、电机驱动、智能家电、新能源等,其汽车方向主要指ADAS、逆变、充电桩等。
二、C2000产品特点及应用
对于C2000产品,在近二十年来一直专注Real-time control,即实时控制,高效控制,未来的升级方向将是在法规和安全标准的提升,即芯片要能满足IEC61508、ISO26262,前者为工业的安全高标准,后者则为汽车电子。在C2000系列中,piccolo通常为20至30pins、甚至是TSSOP的封装,其功能相对少;Defino则面向高端产品,其主频甚至能达到八百兆,最高有300多个pins,甚至采用复杂的BGA封装(非常难焊接,在国内少用)。
C2000系列特点在于对AD采集、数据处理和PWM输出的闭环中,处理时间得到优化,即较大地缩短处理时间。新的产品在ADC、PWM通道数目上加增,提高了ADC从12位到16位的分辨率,提高PWM输出频率至50ps级,以及增加协处理器CLA。目前工业驱动、高端通用驱动、伺服、变频等所使用的最强大的产品为TMS320F2837xD,比之略有性能上的下降的是TMS320F2837xS,但仅仅是少了一个协处理器。还有piccolo系列中的TMS320F2801x,其主频和ADC都有下降,但上述三者均能pin to pin,对于评估、试验和开发较为便利。
(learn more about C2000:www.ti.com/C2000)
三、TI参考设计
1.电动汽车电子概览
HEV/EV Auto 即电动汽车电子。在汽车的油泵、水泵、空调等,TI的产品均有所运用。同时,还介绍了EGAS安全概念,其分为三个层面,对于LEVEL1,即实现主功能如驱动电机;对于LEVEL2,则同样能驱动电机但更多是检测主功能是否正常;对于LEVEL3,则是实现外部的电机通讯如检测电机电源是否异常等。
在电动汽车中,主要划分充电桩charging battery、电池管理 battery management system BMS、ACDC、DCDC、DCAC的motor control等。

图一 48V12V双向DCDC示意图
在汽车电子安全方面,TI典型的应用芯片为Herculers系列中的TMS570,芯片已满足ISO26262标准,达到ASIL D的等级,并能够提供齐全的认证证书,即当基于这类芯片开发该应用时,可将认证直接提供给认证机构,从而减少开发时间。
2.数字电源设计方案
数字电源是C2000应用较多的方面,C2000的产品也十分适合用于开发数字电源。

图一 数字电源双闭环拓扑
这里介绍一下Ti Design,这是一个有超过1500种参考设计的资源库,包括有许多使用TI产品所开发的数字电源方案。当然,如果并不想使用TI的MCU做数字电源,推荐上芯片之家找参考设计,定有适合你的方案!数字电源的最基本拓扑如图一所示,这是一个电流内环加电压外环的双闭环控制系统。以参考设计单向DCAC逆变器TIDM_HV_1PH_DCAC为例,(http://www.ti.com/tool/TIDM-HV-1PH-DCAC),这是一款380V DC输入,110V AC 60Hz或者220V AC 50HZ输出的逆变器,其效率可高达98%。该参考设计,是基于软件powerSUITE所开发的,这是一款非常强大的电源设计软件,在这个软件,首先可以根据输入输出参数和拓扑进行方案选择,随后其内部的补偿设计器会对方案进行建模、参数分析,最后是软件频率响应分析器,使用波特图的形式进行稳定性信息的分析(主要分析三者:增益裕度、相位裕度、系统带宽)。使用powerSUITE开发时,将会分三个环节:开环设计和分析、闭环设计和分析以及完整的环路设计和分析。

图二 开环设计

图三 闭环设计

图四 完整环路设计
数字电源技术在TI的设计流程中有所体现,包括PID双环控制算法等知识都可以借助文档来学习。而更多详尽内容则可以查看TI的官网,TI提供了较全的视频学习教程、技术文档等资源,可下载或在线学习。
3.EtherCAT技术
工业自动化EtherCAT技术。该技术由BECKHOFF开发,是基于以太网的开放性总线网络,其特点在于数据飞速传输、高精度同步。该技术对于各传输终端节点的数据提取或插入较为简便,且数据可从1bit 到60kB或更高(可传输多帧,则无数据大小限制)。
Ethercat的基本原理如下图所示:

图五 EtherCAT传输基本原理
TI基于该技术,主要使用C2000系列产品搭配EtherCAT接口的ET1100 ESC进行开发主站。而成本最低的是使用piccolo和AMIC110。在未来,TI将会把IP做进C2000内部,以节省硬件成本。
四.说在最后
TI C2000系列产品优势在与高效率的实时控制,对于开发数字类电源产品较为合适。其内核为DSP,具有较大的数据吞吐能力,其携带的CLA协处理器,还能为CPU分担数据处理的作用,其ADC高分辨率(最高16为,分辨率为2的16次方)、PWM高精度(120ps)也是其亮点所在,但其成本相对于其他原厂的MCU则价格较昂贵,更适合开发中高档产品。
芯片之家的参考设计造福了许多的工程师,TI所提供的参考设计也是不错的。虽然都是基于TI产品,价格昂贵,但确是一个非常值得学习的平台。
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